分段式热电器件的结构设计与优化

发布时间：2022-12-22 19:39

　　分段式热电器件是一种能够有效提高热电器件转换效率的热电器件类型。它采取将不同热电材料较高的ZT值温度区间组合的方式,实现相对传统单一材料热电器件的热电转换效率和热电输出性能的提高。本文针对于分段热电器件利用有限元分析方法,针对热电输出性能和可靠性,进行了结构优化设计,希望为更多热电器件的热电性能和可靠性改善提供指导方向。首先,本文利用有限元分析方法,建立了适用于中温条件下的热-电耦合和热-力耦合的计算模型,为提高热电器件的热电输出性能和改善热电器件的热应力打下了理论基础。其次,借助COMSOL Multiphysics模拟分析软件对中温条件下的分段式热电器件进行了数值模拟分析。主要对分段式热电器件在稳态条件下的不同热电材料的热电臂几何尺寸、几何形状、陶瓷片厚度进行了性能影响的研究;并对分段热电器件进行了结构优化的设计,并与单一材料下的热电臂进行了热电性能的性能对比。结果表明,热电臂的几何尺寸、热电臂的几何形状和陶瓷片的厚度对于分段器件的热电输出性能有着显著影响。优化后的模型尺寸为:热电偶的p型热电臂长宽高均为2 mm,n型热电臂的长宽为1.5 mm、高为2 mm,陶瓷板的厚度为2 mm... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究的目的及意义
    1.2 研究背景
        1.2.1 热电效应概述
        1.2.2 分段器件材料的选择:兼容性因子
    1.3 研究现状
    1.4 本文的主要工作
2 有限元方法下的热—电和热—力耦合计算模型
    2.1 热电耦合解析模型
    2.2 热-电耦合数值模型
    2.3 热-力耦合模型
    2.4 本章小结
3 分段器件的性能研究
    3.1 问题的分析与模型的建立
        3.1.1 问题的分析
        3.1.2 模型的建立
        3.1.3 COMSOL MultiPhysics中的有限元解析模型
    3.2 计算结果与讨论
        3.2.1 热电臂尺寸对于分段器件的热发电性能的影响
        3.2.2 热电臂的形状对于分段器件的热发电性能的影响
        3.2.3 陶瓷片厚度对于分段器件的性能的影响
    3.3 本章小结
4 分段器件热应力的研究
    4.1 问题的分析与模型的建立
    4.2 结果与分析
        4.2.1 热电臂的长度的对于分段式器件热应力的影响
        4.2.2 p/ n截面积相同,相同臂长的热电臂不同截面积的热应力的影响
        4.2.3 p/ n截面积不同,相同臂长的热电臂不同截面积的热应力的影响
        4.2.4 热电臂的面长比λ对于热应力的研究
        4.2.5 陶瓷片厚度对于分段器件的影响
    4.3 本章小结
5 结论
参考文献
攻读硕士期间发表论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析能源危机的产生与解决策略[J]. 王圣涵.  科技经济导刊. 2018(27)
[2]基于COMSOL Multiphysics天然气水合物沉积物热-水-力-化多场耦合模型研究（英文）[J]. Xiang SUN,Hao LUO,Kenichi SOGA.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2018(08)
[3]主要新能源发电替代减排的研究综述[J]. 牟初夫,王礼茂,屈秋实,方叶兵,张宏.  资源科学. 2017(12)



本文编号：3723917